The paper presents the main indicators of the renewable energy sources in the railway transport structure of European countries. A new structure of railway power supply systems, energy storage systems and control algorithms under the conditions of stochastic mode of renewable energy sources operation are defined as the main problematic issues. Further directions for sustainable development of such systems and factors that influence the modes of operation of traction substations and electric networks were identified. Average power and a random component are two criteria that were used to build local systems. The paper presents the real schedules of daily load on the traction substation terminals and solar insolation with determined power distribution changes. The power deviations indicators depending on the time interval and the type of generation were determined. A normal law of distribution of a random component was determined as a result of all calculations. It is possible to determine the shortage or excess of electric power in the local system in a certain area and to plan the direction of its development in the near future by analyzing the nature of the determined average power change.

The purpose of this work is to develop a model for balancing the processes of the generation and consumption of electricity, taking into account the random nature of these processes. The subject of the study is hybrid power systems that use traditional and renewable energy sources and have the properties of a local network. Such systems are sensitive to variable generation modes, and the presence of rapid changes in power requires short time intervals. The presence of wind and solar power plants makes it difficult to ensure a balance of power, which increases the need for intermediate energy storage. The research method is a mathematical modeling of random processes of energy consumption and generation, which allows for the analysis of the current power balancing and the obtaining of the integrated characteristics of the state of energy storage and reuse. The unique goal of the study is to take into account the power gradients and the state of charge of the batteries. The results of the study allow for the comparison of the different configurations of the power system in terms of balance, storage needs, and energy loss. It has been shown that the increase in battery capacity and speed limitations are nonlinearly related to the possibilities of energy conservation and the probability of the incomplete use of the capabilities of the energy storage system.

Метою даної роботи є вирішення багатокритеріальної задачі оптимізації для локальної енергосистеми (ЛЕС) з відновлюваними джерелами енергії (ВДЕ). В традиційній енергетиці основною задачею є мінімізація собівартості електроенергії, але при застосуванні відновлюваних джерел енергії на перший план виступає надійність енергозабезпечення, враховуючи мінливу природу генерації таких ВДЕ, як вітрові та сонячні електростанції. Предметом дослідження є пропорції вітрової, сонячної генерації та систем зберігання енергії, що забезпечують задані вимоги до надійності при мінімальній собівартості електроенергії. Особливістю даного дослідження є врахування невизначеності режимів споживання та використання відновлюваних джерел енергії. Методи дослідження включають застосування статистичного підходу та імітаційне генерування випадкових процесів для стохастичної оптимізації витрат. В якості вихідних даних використовуються історичні (статистичні) дані про споживання енергії та кліматичні фактори, які впливають на генерацію. Для показників надійності істотними є не лише середні значення, а й показники варіації (дисперсія, щільність розподілу, граничні відхилення). Невизначеність, пов'язана з відновлюваними джерелами, може призвести до невизначеності експлуатаційних витрат. Додатковим джерелом невизначеностей є змінний характер споживання електроенергії. Ризики проекту полягають в небезпеці втратити частину енергії чи не забезпечити потреби споживача. Наявність акумуляторів енергії знижує ризики, але збільшує вартість проекту. Результатом дослідження є спосіб оптимізації такої системи. Ризик можна визначити як дисперсію випадкової складової, тоді цільовими функціями будуть собівартість енергії та стандартне відхилення небалансу потужностей. Для пошуку оптимального рішення при двох критеріях застосовано математичну модель поточного стану енергосистеми з різнотипними ВДЕ та системою акумулювання. Огинаюча множини станів є лінією можливих оптимальних значень. Обмеженнями задачі є вимоги до надійності, наприклад довірча імовірність небалансу генерації та споживання. Бібл. 11, табл. 2, рис. 3.

No abstract

Метою роботи є дослідження можливостей забезпечення локального споживача електроенергією з відновлюваних джерел для зменшення залежності від централізованого постачання. Особливістю задачі є вплив випад-кової природи відновлюваної енергетики та спожи-вання на можливості забезпечення енергетичного балан-су в локальній енергосистемі, що потребує вибору складу та потужностей відновлюваної генерації й допоміжного обладнання. Як допоміжне балансувальне обладнання розглядаються акумуляторна батарея та генератор на традиційному паливі. Застосовано імітаційну модель, яка дає змогу врахувати особливості цієї системи та негарантований характер потужності сонячних чи вітрових електростанцій. Складові балансу потужностей описано як декомпозицію певного випадкового процесу, що є особливістю вказаної моделі. Розраховано обсяг потреб у перетоках енергії між локальною та централізованою енергосистемами, їх варіативність при різних параметрах акумулятора та допоміжного генератора. Комбінування джерел вітрової та сонячної енергії дозволяє зменшити залежність від загальної електромережі. Такий самий результат забезпечує застосування проміжних акумуляторів енергії та допоміжного джерела типу дизель-генератора. Порівняння показників балансування енергії вказує на різну роль вітрової та сонячної енергії в різні пори року: істотно змінюється використання встановленої потужності та рівень споживання енергії. Іншими факторами впливу є швидкість заряджання акумулятора і втрати енергії при перетворенні – наслідком є потреба в різній тривалості роботи допоміжного генератора та частоті його вмикання. Достовірність модельованих результатів перевірена зіставленням з реальними прикладами, розбіжності на рівні 5–10  %. Пропонована модель дає змогу вибрати конфігурацію обладнання при відомому режимі споживання електроенергії та оцінити можливості забезпечення енергетичного балансу. Бібл. 23, рис. 3, табл. 9.